Usando los escáneres de Artec 3D para determinar el verdadero tamaño del extinto tilacino

El reto: Capturar digitalmente en 3D las medidas precisas de cientos de huesos, cráneos, esqueletos de tilacino, un tilacino entero conservado y especímenes taxidermizados en museos de todo el mundo, para luego utilizar estos datos para determinar con precisión el rango de masa corporal real del animal extinto.

La solución: Artec Space Spider, Artec Leo, Artec Studio, ZBrush

Los resultados: Con los escaneos en 3D de alta resolución de cientos de especímenes de tilacino, el equipo de investigación midió de manera fidedigna cada especimen y luego utilizó los escaneos en 3D de esqueletos completos de tilacino para modelar digitalmente un modelo 3D real de un tilacino para su pesaje digital. Los investigadores determinaron finalmente el rango de masa corporal correcto del tilacino: un peso distinto al que se había estimado inicialmente.

Millones de años de evolución habían transformado al tilacino en un especialista de la supervivencia. Como el marsupial carnívoro más grande que existía, el tilacino se había labrado su propio y único espacio ecológico. Pero entonces aparecieron los primeros colonos.

El investigador jefe Douglass Rovinsky escaneando un cráneo de tilacino con Artec Space Spider en el Museo y Galería de Arte Reina Victoria.

Apenas unas décadas después, a partir de principios de la década de 1830 y hasta el siglo siguiente, miles de tilacinos, a menudo denominados "tigres de Tasmania", fueron exterminados deliberadamente por agricultores y cazadores en un plan de incentivos. Hasta que sólo quedó uno.

Fue capturado en la naturaleza y pasó los últimos tres años de su vida encerrado en un zoológico. Una mañana de invierno, Benjamin, el último tilacino conocido de Tasmania, murió después de pasar la noche fuera de su refugio. Eso fue en septiembre de 1936. Sólo 59 días antes Tasmania finalmente le otorgó el estatus de protección al tilacino.

Recreación digital de un tilacino por el investigador y experto en arte digital Damir Martin

Durante muchos años, todo tipo de bulos y mitos se ceñían sobre el tilacino, como historias sobre que tenía una fuerza desbocada, que era capaz de resistir disparos de escopeta, e incluso de extraer toda la sangre de sus víctimas, etc.

Así, mientras los tilacinos estaban todavía con nosotros, vagando a través del paisaje de Tasmania, los científicos no lograron estudiarlos en profundidad. Incluso hoy, menos de un siglo después del fallecimiento de Benjamín, a pesar de que hay un interés real en el extinto animal, hay hechos y detalles sobre los que los científicos no se ponen de acuerdo.

Recreación digital de una pareja de tilacinos. Por Damir Martin

Se desconcen detalles como su dieta, sus hábitos de apareamiento, la forma en que cazaba, la forma en que se movía, cómo interactuaba con su paisaje, e incluso cuánto pesaba, su masa corporal. La masa corporal de un animal es uno de los aspectos fundamentales para estudiar y obtener una comprensión científica del animal. Esto se reduce a la química y la fisiología básicas.

¿Cuánta energía quemaba? ¿Conservaba bien el calor? ¿Cómo de rápido digería la comida? ¿Y con qué frecuencia necesitaba comer? ¿Qué clase de animales cazaba? ¿Como de bien prosperaba en su entorno? Para saber estas cosas de forma fiable, primero había que saber cuanto pesaba el tilacino.

La ciencia siempre se construye sobre los cimientos de otra ciencia, lo que significa que a menos que seamos capaces de lograr una comprensión exacta y veraz del "Concepto A", no sólo malinterpretaremos repetidamente el "Concepto A", sino que tampoco seremos capaces de dar sentido a todo lo que se relaciona con ese concepto.

Recreación digital de una pareja de tilacinos. Por Damir Martin

A lo largo de décadas de investigación sobre el tilacino, varios científicos señalaron la falta de una estimación precisa de la masa corporal del animal. Pero después de eso, no se hizo nada para rectificar la situación. Hubo una suposición frecuentemente citada de que pesaban alrededor de 25 a 29 kilogramos. Pero nadie podía estar seguro.

Otro aspecto importante del tilacino que debía determinarse era si violaba o no lo que se denomina "Los costos del carnívoro". Se trata esencialmente de un umbral de presupuesto energético que define cómo los carnívoros de alrededor de 14 kg o menos, por necesidad, tienden a alimentarse de presas mucho más pequeñas que ellos.

Mientras que los carnívoros de alrededor de 21 kg o más, como los lobos y jaguares, suelen ir tras presas de igual tamaño o más grandes. En el caso de los carnívoros que caen en el rango de 14-21 kg, por ejemplo, los zorros y los gatos salvajes, normalmente se centran en presas más pequeñas, pero ocasionalmente también pueden abatir animales más grandes.

Sin conocer exactamente el rango de masa corporal del tilacino, era muy dificil comprender exactemente otros aspectos fundamentales.

Consciente de la enorme importancia de este hecho, el candidato al doctorado de la Universidad de Monash, Douglass Rovinsky, y un equipo formado por otros tres investigadores, entre ellos el Dr. Justin W. Adams, se embarcaron en un proyecto para dar un giro a este problema.

Los detalles del proyecto se publicaron en la revista científica Proceedings of the Royal Society B, bajo el título " ¿Incumplía el tilacino los costos del carnívoro? La masa corporal y el dimorfismo sexual de un icónico marsupial australiano".

Rovinsky nos explica la importancia del proyecto: "Cuanto más sepamos sobre el tilacino, como ocurre con todos los animales extintos, más podremos entender cómo los animales actuales, los que están vivos en la actualidad, responderán a los cambios en el medio ambiente, que se están produciendo a una velocidad asombrosa tanto a nivel mundial como local".

Su investigación los llevaría alrededor del mundo, donde en los museos e instituciones, incluyendo el Smithsonian y muchos otros de todo el mundo, trabajarían directamente con los pocos restos de especimenes de tilacino que existen.

Rovinsky y su equipo comprendieron desde el principio que confiar únicamente en el método tradicional de estimación de la masa corporal de regresión lineal, hecho a través de la medición de los dientes del animal, era muy inexacto cuando se trataba de animales extintos.

Para hacerlo adecuadamente, debe haber un pariente vivo muy similar al animal. En el caso del tilacino, el pariente vivo más cercano es el numbat, una pequeña criatura peluda de 1 libra (0,5 kg) que se alimenta de termitas. Hacer cualquier comparación proporcional entre los dos animales es simplemente imposible.

Rovinsky y su equipo decidieron combinar los resultados de múltiples métodos de estimación de la masa corporal, incluyendo: regresión lineal de los dientes así como de los huesos de la parte superior de las pezuñas y de las patas, modelaron un armazón convexo alrededor de un esqueleto de tilacino escaneado en 3D, luego modelaron representaciones realistas de un tilacino a través de un escaneo digital y, finalmente, pesaron digitalmente tanto las estructuras escaneadas de taxidermia como los tilacinos modelados (sobre los mismos esqueletos escaneados de los que se hicieron los armazones convexos).

Fila superior desde la izquierda: escaneo del esqueleto de tilacino con Artec Leo y modelo volumétrico del armazón convexo modelado sobre el esqueleto para el pesaje digital
La fila de abajo: Modelos volumétricos de tilacino en 3D modelados sobre el esqueleto (con y sin textura) utilizados para el pesaje digital

Para llevar a cabo correctamente este inmenso proyecto, antes de que se hiciera el espectro multifásico de análisis, se escanearon en 3D cientos de restos de tilacino y se convirtieron en modelos 3D súper precisos aptos para una medición rigurosa.

Algunos de los retos a los que se enfrentaron Rovinsky y su equipo eran de tipo logístico: todos los especímenes estaban dispersos en 18 museos e institutos diferentes, desde el museo local de Melbourne, varios museos de Australia y Tasmania, varios a lo largo del océano en los EE.UU., y otros en toda Europa y el Reino Unido.

Con tal de capturar digitalmente las muestras de tilacino para el análisis de la masa corporal durante estos viajes, Rovinsky y Adams utilizaron un escáner 3D de mano, ligero y de precisión submilimétrica, el Artec Space Spider. Los dos científicos visitaron por separado estos museos e instituciones y escanearon cientos de especímenes: huesos, cráneos, esqueletos completos, taxidermia de tilacinos, además de un tilacino de cuerpo entero conservado.

El doctor Justin W. Adams escaneando un espécimen femenino de tilacino preservado con Space Spider en el Museo Sueco de Historia Natural

Incluso antes de que se iniciara el proyecto, Rovinsky y Adams se opusieron a los métodos tradicionales de medición de calibres e instrumentos de medición, así como a métodos más modernos como el GDI y la fotogrametría. El tiempo era limitado en cada museo que visitaban. Además, existían riesgos innecesarios para los especímenes debido a una manipulación excesiva.

Estos métodos anteriores requerían mucho tiempo y de personal del museo presente durante horas cada día. Además, los resultados serían probablemente similares, y nunca mejores a los logrados a través del escaneo 3D con Artec Space Spider.

La manipulación de las muestras durante el proceso de medición conlleva el riesgo de que se produzcan daños durante el uso de los métodos anteriores, ya que hay que levantar y volver a colocar repetidamente las muestras durante el proceso de medición. Con Artec Space Spider, la captura de datos tiene una precisión de hasta 0,05 mm, mucho más rápida y precisa que con estos otros métodos, no requiere practicamente de manipulación alguna.

El Dr. Justin W. Adams en el Museo Sueco de Historia Natural, escaneando un espécimen femenino de tilacino para que se preserve en 3D submilimétrico con Artec Space Spider.

A diferencia de sus experiencias anteriores, el personal del museo estaba, en palabras de Rovinsky, " eufórico" con el breve tiempo de escaneo necesario, así como con el bajísimo riesgo para las muestras, lo que significaba que no se desviaban de su horario de trabajo normal durante más de unos minutos. Aun así, los conservadores y el personal del museo, normalmente rebosantes de curiosidad, se quedaban para observar al Space Spider en acción.

Estaban impresionados al ver lo rápido y fácil que trabaja Space Spider. Porque, a diferencia de otros científicos que no usan la digitalización 3D, apenas necesitamos de recursos externos. No necesitamos tener mucho espacio, no necesitamos una iluminación controlada, y no necesitamos quitarles mucho tiempo", dice Rovinsky.

Rowinsky nos cuenta que Artec Space Spider sorprendió a todos en el museo “Nos dijeron, aquí está su caja con 12 muestras y les respondimos, bien, terminamos con esto en 2 horas, ¿Cuándo podemos tener otras 12?". No estaban acostumbrados a tanta rapidez."

Rovinsky ha perfeccionado su proceso de captura de animales con Spider, a lo largo del tiempo. Para el escaneo de algo simple, como el hueso de la pata de lobo o tilacino, nos comenta, "Es relativamente fácil y rápido, y sólo me lleva unos pocos minutos escanear cada muestra". Normalmente capturo toda la pieza en 3 escaneos. Entonces, pongo el objeto en mi pequeño plato giratorio portátil y lo escaneo en un par de vueltas. Trato de obtener algo así como 400 o más frames por cada pasada de escaneo. Luego doy la vuelta al objeto y lo hago de nuevo".

El jefe de investigación Douglass Rovinsky escaneando un cráneo de tilacino con Artec Space Spider en el Museo y Galería de Arte Reina Victoria.

En cuanto a escanear cráneos, algunos son bastante sencillos, mientras que otros son más difíciles de capturar en su totalidad. "Especialmente en el caso de los cráneos más grandes, que pueden requerir de hasta 9 escaneos para abarcarlos por completo. Hay zonas inferiores difíciles de alcanzar con el escáner, que a menudo requieren múltiples escaneos para capturar todos los huesos de la mandíbula, los pómulos, los orbitales, etc.", cuenta Rovinsky.

En cuanto al procesado de los escaneos con Artec Studio , Rovinsky siempre se encarga de esto al salir de los museos, "Toda la edición y la fusión son cosas que hago posteriormente. Me he acostumbrado a hacerlo así, para ser lo menos molesto posible con el personal del museo. Cuando llego a la colección, escaneo todo lo que necesito. Luego me voy. Y todo el proceso de procesado es algo que hago después."

 “Llevo el Artec Space Spader y en cuestión de una tarde, he escaneado completamente 20 o 30 muestras. Así que cuando voy a un viaje de recopilación de datos, unas semanas después, vuelvo literalmente con cientos de escaneos de muestras que son increíblemente nítidas y precisas, con detalles más que suficientes para hacer el trabajo."

Rovinsky nos explicó su método en Artec Studio: "Primero alineo manualmente mis escaneos, y luego hago un registro global sólo con la geometría. Después hago sharp fusion, y la resolución que elijo depende del tamaño del objeto. Básicamente, para objetos del tamaño de la cabeza de un perro o más pequeños, los fusiono en .1, y si es más grande lo fusiono en .2, normalmente".

"Luego ejecuto una o dos pasadas de suavizado (smoothing). Después de esto, hago una rápida simplificación de la malla hasta 600.000 triángulos. 600.000 triángulos es más que suficiente en términos de conteo de triángulos. Claro que hay diferencias de resolución entre un cráneo de 600.000 triángulos y uno de 1,5 millones de triángulos, pero no siempre esta resolución es necesaria para la paleontología".

En una fase posterior del proyecto, Rovinsky trabajó con el socio certificado Gold de Artec 3D Thinglab en Melburne para escanear especímenes completos de tilacino en el Museo y Galería de Arte de Tasmania usando Artec Leo, un sistema 100% inalámbrico, un escáner 3D con seguimiento del escaneo en pantalla integrado.

Estos escaneos capturaron varios de los esqueletos de tilacino del museo y de las estructuras de taxidermia de cuerpo entero. Los esqueletos digitales se utilizaron para construir los modelos de armazón convexos a partir del esqueleto y como punto de partida para los modelos digitales.

Ben Myers de Thinglab escaneando un esqueleto de tilacino con Artec Leo en el Museo y Galería de Arte de Tasmania

En palabras de Ben Myers, director de digitalización 3D de Thinglab: "Nos encanta Leo y lo hemos utilizado para muchos proyectos, al igual que nuestros clientes. Tiene muchas características que nos han impresionado. La tecnología de luz VCSEL marca una gran diferencia en cuanto al escaneo de las superficies, algo que nos daba muchos problemas en el pasado”.

Modelo 3D de un esqueleto de tilacino escaneado en el Museo y Galería de Arte de Tasmania con Artec Leo

"El rastreo es impresionante, permite moverse alrededor de los objetos, incluso de aquellos con geometrías difíciles, y capturar cada una de las superficies con facilidad. Por supuesto, al ser inalámbrico y tener una pantalla incorporada hace que todo el proceso de escaneo sea mucho más fácil y eficiente".

Ben Myers de Thinglab escaneando un espécimen de taxidermia de tilacino con Artec Leo en el Museo y Galería de Arte de Tasmania

Para una de las fases finales del proyecto, Rovinsky recurrió a Damir Martin, el artista digital del equipo. Martin, experto en representar el mundo del paleo meticulosamente, se propuso crear los modelos 3D más fieles a la vida real del tilacino que jamás se hayan hecho.

Debe tenerse en cuenta que incluso antes de este proyecto, Martin ya había estudiado al tilacino en profundidad y había creado numerosas imágenes sorprendentes de la criatura en sus entornos naturales en Tasmania.

Martin usó los escaneos de Leo de los esqueletos montados y las taxidermias como base para su trabajo. Luego, con su entendimiento total del tilacino, así como con otros aportes, incluyendo los de Rovinsky y Adams, paso a paso, modeló digitalmente la musculatura y la apariencia exterior de cada animal para que cobrara vida en ZBrush. Una vez que los modelos estuvieron listos, fueron pesados digitalmente y se obtuvieron estos datos, además de otras estimaciones de masa corporal.

Modelo 3D anatómicamente preciso del tilacino, creado por Damir Martin

Martin comentó sobre su trabajo: "Siempre he tenido un profundo interés por la vida extinta. El tilacino es un animal especial en muchos sentidos, con una apariencia misteriosa y única. Desafortunadamente, la mayoría de las restauraciones y reconstrucciones que se han hecho, desde un punto de vista artístico, no lograron captar los sutiles matices del animal vivo".

"Pero en realidad sabemos cómo era el tilacino en la vida real, gracias a algunas fotos y filmaciones raras que lograron sobrevivir. El proyecto era un reto increíble para mí".

Reunidos los datos de los cálculos de estimación de la masa corporal (mediante 93 tilacinos utilizando 207 escaneos), Rovinsky y su equipo determinaron que el peso real del tilacino era de aproximadamente 19 kg (41,9 lb) para los machos y 14 kg (30,9 lb) para las hembras. Los machos eran aproximadamente un 30% más grandes que las hembras.

En comparación con lo que se había estimado anteriormente, los cálculos de masa corporal del tilacino de Rovinsky para los tilacinos de ambos sexos representan alrededor del 55% de las primeras conclusiones sobre la masa corporal. Era evidente que el tilacino no infringía "los costos del carnívoro", ya que se encontraba en el rango medio de los carnívoros, firmemente dentro del rango de 14 a 21 kg (30,9 a 46,3 libras) que generalmente se alimentaban de criaturas más pequeñas que él, mientras que ocasionalmente capturaban presas más grandes.

Este exitoso proyecto es una parte de una investigación más amplia centrada en la biología evolutiva del tilacino, que incluye este estudio sobre la masa corporal y se extiende a investigaciones más detalladas acerca de su dieta, movilidad y biología general, utilizando muestras de datos tridimensionales recopilados a nivel mundial.

Adams nos da su opinión sobre la importancia de la digitalización 3D para este tipo de trabajos: "Los paleontólogos están por fin empezando a darse cuenta de que los métodos tridimensionales crean una estimación de la masa corporal mucho más precisa en general. Simplemente funcionan mejor, porque incluso si se mide digitalmente en el ordenador, se mide la masa de la forma del objeto, en lugar de intentar trazar dos variables en una línea de regresión".

La tecnología 3D  está dando un giro a nuestra comprensión de la masa de los animales extinguidos. Creo que, en el futuro, veremos cómo estas tecnologías se usan más y más para la paleontología. Además, si consideramos la facilidad y la rapidez con la que Artec Space Spider o Leo pueden proporcionar este tipo de información tan precisa, tenemos que tenerlos muy en cuenta".

Rovinsky señaló el papel fundamental que desempeñaron los datos: "La dificultad viene del hecho de que se necesitan muchos datos para generar una representación 3D concluyente del cuerpo, algo con lo que no cuentan la mayoría de los paleontólogos".

"No podría haber alcanzado este grado de precisión si sólo hubiera habido un número limitado de especímenes para medir y si no hubiera tenido acceso a esqueletos completos para trabajar. La mayoría de los paleontólogos ni siquiera tienen un hueso completo para trabajar, y mucho menos un esqueleto completo. Los escáneres de Artec nos facilitan mucho la labor de conseguir esa gran cantidad de datos

Rovinsky enfatiza en la importancia del proyecto, "Cuanto más podamos comprender la asombrosa realidad del tilacino mejor. Porque al final, todo lo que podamos saber sobre ellos es muy importante, ya que desgraciadamente ya no los tenemos entre nosotros".

"Toda nuestra investigación y datos pasan a través de nuestras observaciones, nuestras interpretaciones, nuestras mediciones, etc. Eso hace que sea aún más crucial para nosotros conocer algo tan fundamental como la masa corporal. Porque este aspecto, aparentemente menor, afecta a muchas investigaciones que estamos realizando a partir de este factor."